第3章典型机械设备电气控制系统分析3.1车床电气控制电路3.2铣床电气控制电路3.3桥式起重机电气控制电路3.1车床电气控制线路用途：车床是应用最广泛的金属切削机床，普通车床可以用来切削工件的外圆、内圆、端面和螺纹等，并可以装上钻头或铰刀等进行钻孔和铰孔的加工。
3.1.1主要结构与运动形式卧式车床主要由床身、主轴变速箱、尾座进给箱、丝杠、光杠、刀架和溜板箱等组成。主运动：卡盘或顶尖带动工件的旋转运动；
进给运动：溜板带动刀架的纵向或横向直线运动；
辅助运动：刀架的快速进给与快速退回。
车床的调速采用变速箱。3.1车床电气控制线路3.1.2电力拖动与控制要求
1.主轴的旋转运动
C650型车床的主运动是工件的旋转运动，由主电机拖动，其功率为30kW。主电机由接触器控制实现正反转，为提高工作效率，主电机采用反接制动。
2.刀架的进给运动
溜板带着刀架的直线运动，称为进给运动。刀架的进给运动由主轴电动机带动，并使用走刀箱调节加工时的纵向和横向走刀量。
3.刀架的快速移动
为了提高工作效率，车床刀架的快速移动由一台单独的快速移动电动机拖动，其功率为2.2kW，并采用点动控制。
4.冷却系统
车床内装有一台不调速、单向旋转的三相异步电动机拖动冷却泵，供给刀具切削时使用的冷却液。3.1.3电气控制电路分析（一）主电路分析M1（主电动机）：①KM1、KM2实现正反转；②KT与电流表PA用于检测运行电流；③KM3用于点动和反接制动时串入电阻R限流；正反转电动运行时R短路。④速度继电器KS用于反接制动。M2（冷却泵电机）：
KM4用于起停控制。M3（快移电动机）：KM5用于起停（点动）控制。（二）控制电路分析1.主轴电动机的点动控制按下点动按钮
SB2不松手→接触器KM1线圈通电→KM1主触点闭合→主轴电动机把限流电阻R串入电路中进行降压起动和低速运转。
防止起动电流的冲击。当按下停止按钮SB1时,KT线圈相继失电释放,KT触点瞬时闭合，将电流表短接，不会受到反接制动电流的冲击。
5.刀架快速移动控制
限位开关SQ（3—17）闭合→接触器KM5线圈通电→快速移动电动机M3起动运转。
6.冷却泵控制
按SB6（14—15）按钮→接触器KM4线圈得电并自锁→KM4主触点闭合→冷却泵电动机M2起动运转；按下SB5（3—14）→接触器KM4线圈失电→M2停转。车床电气控制电路的特点
1.主轴的正反转是通过电气方式，而不是通过机械方式实现的。
2.主电动机的制动采用了电气反接制动形式，并用速度继电器进行控制。
3.控制回路由于电器元件很多，故通过控制变压器TC与三相电网进行电隔离，提高了操作和维修时的安全性。
5.中间继电器KA起着扩展接触器KM3触点的作用。3.2铣床电气控制线路3.2.1主要结构与运动形式用途：铣床主要用于加工零件的平面、斜面、沟槽等型面的机床，装上分度头后，可以加工齿轮或螺旋面，装上回转圆工作台则可以加工凸轮和弧形槽。铣床由床身、主轴、刀杆、横梁、工作台、回转盘、横溜板和升降台等几部分组成（一）铣床的主要结构3.2.2电力拖动及控制要求1.主运动
铣刀的旋转运动为铣床的主运动，由一台笼型异步电动机M1拖动。铣削加工有顺铣和逆铣两种加工方式，所以要求主轴电动机能正反转。但考虑到正反转操作并不频繁（批量顺铣或逆铣），因此采用倒顺开关SA5来改变电源相序实现主轴电动机的正反转。由于主轴传动系统中装有避免振动的惯性轮，使主轴停车困难，主轴电动机采用电磁离合器制动以实现准确停车。
2.进给运动
工作台纵向、横行和垂直三种运动形式、六个方向的直线运动为进给运动。由一台进给电动机M2拖动，进给电动机能正反转。
3.辅助运动
铣床的辅助运动为工作台纵向、横行和垂直三个方向上的快速移动。它是通过采用快速电磁铁YA2吸合来改变传动链的传动比从而实现快速移动的。
4.变速冲动
为保证变速时齿轮易于啮合，减小齿轮端面的冲击，要求变速时有电动机冲动（短时转动）控制。
5.联锁控制根据工艺要求，主轴旋转与工作台进给应有联锁控制，即进给运动要在铣刀旋转之后才能进行，加工结束时必须在铣刀停转前停止进给运动；圆工作台的旋转运动与工作台的纵向、横行和垂直三个方向的运动之间也有联锁控制，即圆工作台旋转时，工作台不能向其他方向移动。
6.两地控制
为操作方便，应能在两处控制各部件的起停。
7.冷却泵控制
由一台电动机M3拖动，供给铣削时的冷却液。1.主轴电动机M1由KM2控制，由倒顺开关SA5预选转向，KM2的主触点串联两相电阻与速度继电器KS配合实现停车反接制动。通过机械结构和接触器KM2进行变速冲动控制。2.进给电动机M2由接触器KM3、KM4的主触点控制，并由接触器KM5主触点控制快速电磁铁YA，决定工作台移动速度，KM5接通为快速，断开为慢速。3.冷却泵电动机M3由接触器KM6控制，单方向旋转。3.2.3电气控制电路分析（一）主电路分析（二）控制电路分析1.主轴电动机控制电路分析（1）主轴电动机的起动控制（2）主轴电动机的变速冲动控制ST72.进给电动机控制电路分析运动方向（三维空间）：纵向（左右）、横向（前后）、升降（上、下）。操作方法：纵向操作手柄，左、停、右（3工位）位置。十字操作手柄（两个机械联动），前、上、停、下、后（5工位）位置。位置触点接通圆工作台接通长工作台SA1-1－+SA1-2
(1)起重机宜选用起重型断续周期工作制电动机，该机应启动电流小，启动转矩大。
(2)能电气调速选用绕线型异步电动机转子串电阻调速。
(3)能适应较恶劣的工作环境和机械冲击。3.对电气控制系统的要求
(1)具有合适的升降速度，空钩能快速升降。
(2)调速范围3：1，高者5～10：1。
(3)有适当的低速区
(4)提升第一档为预备级，用于消除传动系统齿轮间隙，张紧钢丝绳。
(5)起重机负载为位能性恒转矩负载，要有电动下放（强力下放）、倒拉反接制动下放及发电反馈制动下放三种下放负载方式。
(6)电气与机械双重制动。
(7)要有完备的电气保护与联锁环节。3.3.510t桥式起重机典型电路分析1.电路特点1）可逆对称电路凸轮控制器左右各档其触点通断情况对称，故电动机正反转工作情况完全相同。2）绕线型异步电动机转子在每一档均串接三相不对称电阻。在凸轮控制器手柄不同位置，电动机转子各相接入的电阻均不相同，可得不同的转速。3）用于控制提升机构时
(1)提升负载第一档为预备级，消除齿轮间隙，二至五档转速逐渐升高，电动机工作于正向电动状态。
(2)下放负载，电动机工作于反向发电反馈制动状态，只能在下放第五档工作。
(3)轻载下放Tw＜Tf
时，电动机工作于反向电动状态强力下放，可在下放第一至五档工作。注意：下放重载时，凸轮控制器手柄应由零位直接扳至下放第五档，中间不得停留。为使下放负载时准确定位，将手柄在下放第一档与零位间来回操作，由电磁抱闸配合便可获得下放低速。2.保护电路分析
1.欠电压保护
2.失电压保护与零位保护
3.过电流保护与短路保护
4.行程终端限位保护
类I/O点
数程
序
容
量超小型机64点以内256～1000字节小型机64～128点l～3.6K字节中型机128～2048点3.6～13K字节大型机2048点以上13K字节以上4.1.3PLC的分类与主要产品2.PLC的主要产品国外品牌：美国PLC：
PLC的工作过程软继电器：本质为存储器，内部存1或0；又具有继电器功能。内部存1等效为线圈得电，触点动作。内部存0等效为线圈断电，触点复位。100104.2.2PLC的工作原理2.
5.内部继电器和寄存器内部继电器、寄存器的配置情况是衡量PLC硬件功能的一个主要指标。6.编程语言及编程手段
7.高级模块PLC除了主控模块外还可以配接各种高级模块。主控模块实现基本控制功能，高级模块则可实现某种特殊功能。4.3.1PLC的技术性能4.3.2PLC的编程语言1.梯形图语言（LAD）梯形图语言是PLC程序设计中最常用的编程语言，是类似于继电器接触器控制系统的一种编程语言。（a）继电器控制电路图
（b）PLC梯形图2.语句表（STL）Network1LDI0.0OQ0.0ANI0.1=Q0.0Network2LDI0.2=Q0.1语句表语言类似于计算机汇编语言，它用一些简洁易记的文字符号描述PLC的各种指令。西门子S7-1200PLC不支持语句表，S7-200/300/400/1500PLC支持语句表。3.功能块图编辑器（FBD）这是一种类似于数字逻辑门电路的编程语言，有数字电路基础的人很容易掌握。西门子自动化全系列PLC均支持功能块图。4.顺序功能图（SFC）
电压DO输出电流AC/DC/RLYAC120~240VDC24V继电器输出DC5~30VAC5~250V2ADC/DC/RLYDC24VDC24V继电器输出DC5
30VAC5
250V2ADC/DC/DCDC24VDC24V晶体管输出DC24V0.5ACPU的三种版本：电源接口存储卡插槽接线连接器板载I/O的状态LED集成以太网口（PROFINET连接器）CPU运行状态LED4.5.1S7-1200CPU模块及接线1.CPU模块的外部介绍2.CPU模块的技术规范S7-1200CPU有三种操作模式：
在STOP模式下，CPU不执行用户程序，但用户可下载项目程序。
在STARTUP模式下，CPU执行一次启动OB（如果存在）。在启动模式下，CPU不会处理中断事件。
在RUN模式下，程序循环OB重复执行。在程序循环阶段的任何时刻都可能发生和处理中断事件。S7-1200CPU没有用于更改操作模式（STOP或RUN）的物理开关，在设备配置中组态CPU时，应在CPU属性中组态启动模式。3.CPU的工作模式4.CPU模块的接线CPU1212CAC/DC/RLY4.CPU模块的接线CPU1212CDC/DC/DC4.5.2S7-1200CPU的扩展模块一个简单的PLC控制系统由一个CPU就可完成控制，而一个复杂的控制系统，单单一个CPU无法完成控制，需要增加各种各样的扩展模块。S7-1200CPU的扩展模块分为信号模块、通信模块和信号板，扩展时信号模块扩展在CPU的右侧，通信模块扩展在CPU的左侧，信号板扩展在CPU的正上方。1.信号模块信号模块的I/O的状态LED总线连接器可拆卸用户接线连接器输入、输出扩展模块统称为信号模块。信号模块安装在DIN标准导轨上，通过总线连接器连接到CPU的右侧。信号模块主要分为：数字量模块模拟量模块数字量信号模块接口类型数字量输入SM1221DI8×24VDCDI16×24VDC数字量输出SM1222DQ8×RLY，DQ16×RLYDQ8×24VDC，
DQ16×24VDC数字量输入/输出SM1223DI8×24VDC，DQ8×RLYDI16×24VDC，DQ16×RLYDI8×24VDC，DQ8×24VDCDI16×24VDC，DQ16×24VDC（1）数字量信号模块（1）数字量信号模块